Nghiên cứu tổng hợp màng poly (vinyl alcohol)chitosan kết hợp với lá bần ổi và tinh dầu trầu không, định hướng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp màng polyvinyl alcohol/chitosan kết hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất

lá bần ổi và tinh dầu trầu không, định hướng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Số hợp đồng: 2021.01.141/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: K.S Phạm Trần Bảo Trân

Đơn vị công tác: Viện Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững

Thời gian thực hiện: 6 tháng

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

NTTU-NCKH-04

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Số hợp đồng: 2021.01.141/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: K.S Phạm Trần Bảo Trân

Đơn vị công tác: Viện Công nghệ Môi trường và Phát triển bền vững

Thời gian thực hiện: 6 tháng

Các thành viên phối hợp và cộng tác:

ngành

Cơ quan công tác Ký tên

1 K.S Phạm Trần Bảo Trân Hóa Polymer ĐH NTT

2 Th.S Nguyễn Thị Thương Hóa Polymer ĐH NTT

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về PVA 2

1.1.1 Nguồn gốc và cấu trúc PVA 2

1.1.2 Tính chất của PVA 3

1.1.3 Ứng dụng PVA 5

1.2 Tổng quan về Chitosan 5

1.2.1 Cấu trúc 5

1.2.2 Tính chất của Chitosan 6

1.2.3 Hoạt tính sinh học 8

1.2.4 Ứng dụng 9

1.3 Các nghiên cứu dựa trên màng PVA/CS trong nước và trên thế giới 11

1.3.1 Nghiên cứu trong nước 11

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước 12

1.4 Tổng quan về bần ổi 13

1.4.1 Phân loại và mô tả thực vật học 13

1.4.2 Đặc điểm thực vật 14

1.4.3 Thành phần hóa học 15

1.4.4 Hoạt tính sinh học 15

1.5 Tổng quan về trầu không 17

1.5.4 Hoạt tính sinh học 19

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 21

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng 21

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất 21

2.1.2 Thiết bị sử dụng 22

2.2 Thực nghiệm 23

2.2.1 Phương pháp xác định thành phần hóa học của tinh dầu 23

2.2.2 Phương pháp trích ly và đánh giá chiết xuất lá bần ổi 23

2.2.3 Đánh giá hoạt tính sinh học của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 26

2.2.4 Quy trình tổng hợp màng poly vinyl (alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 27

2.2.5 Khảo sát tính chất của màng 28

2.2.6 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của màng 28

2.3 Phương pháp bảo quản thịt bò 29

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 30

3.1 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 30

3.1.1 Thành phần của tinh dầu trầu không 30

3.1.2 Tính chất của chiết xuất lá bần ổi 33

3.2 Hình thái và tính chất màng PVA/CS kết hợp chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 36

3.2.1 Hình ảnh và màu sắc màng 36

3.2.2 Độ truyền quang của màng 37

3.2.3 Hình thái bề mặt 38

3.2.4 Phổ ATR-FTIR 41

3.2.5 Tính chất cơ lý 42

3.2.6 Hoạt tính kháng khuẩn của màng 43

3.3 Kết quả bảo quản thịt bò 44

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong lá trầu tươi 19

Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng 21

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ thí nghiệm 22

Bảng 3.1 Thành phần các chất trong tinh dầu trầu không 31

Bảng 3.2 Kết quả độ ẩm bột bần ổi 33

Bảng 3.3 Kết quả tro toàn phần bột bần ổi 34

Bảng 3.4 Thông số màu của màng 37

Bảng 3.5 Kết quả tính chất cơ lý của màng 42

Bảng 3.6 Thời hạn bảo quản của thịt bò ở 4 °C bằng màng hoạt tính 45

Bảng 3.7 Sự thay đồi thông số màu sắc của thịt bò 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc PVA 2

Hình 1.2 Cấu trúc của Chitosan 6

Hình 1.3 Lá bần ổi (Ảnh: internet) 14

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của luteolin (a) và luteolin-7-o-β-D-glucopyranosit (b) 15 Hình 1.5 Lá và tinh dầu trầu không 18

Hình 1.6 Cấu trúc các hợp chất chính có trong lá trầu không 18

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của gallic acid 26

Hình 3.1 Phổ GC-MS của tinh dầu trầu không 30

Hình 3.2 Kết quả kháng khuẩn của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 35

Hình 3.3 Hình ảnh màng PVA/CS (a), PVA/CS/SO1.5 (b), PVA/CS/SO1/BL0.5 (c), PVA/CS/SO0.75/BL0.75 (d), PVA/CS/SO0.5/BL1 (e) 36

Hình 3.4 Phổ UV-Vis truyền qua của các mẫu PVA/CS và PVA/CS kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 38

Hình 3.5 Hình thái bề mặt và mặt cắt của màng PVA/CS (a, b), PVA/CS/SO1.5 (c, d), PVA/CS/SO1/BL0.5 (e, f), PVA/CS/SO0.75/BL0.75 (g, h), PVA/CS/SO0.5/BL1 (i, j) 40

Hình 3.6 Phổ ATR-FTIR của PVA/CS (a), PVA/CS/SO1.5 (b), PVA/CS/SO1/BL0.5 (c), PVA/CS/SO0.75/BL0.75 (d), PVA/CS/SO0.5/BL1 (e) 41

Hình 3.7 Kết quả kháng khuẩn của màng PVA/CS và PVA/CS kết hợp chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 43

Hình 3.8 Hình ảnh thịt bò bảo quản ở các ngày 2, 6, 10, và 14 ở 4 °C 44

Hình 3.9 Sự thay đổi khối lượng của thịt bò sau 14 ngày bảo quản 48

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PVA/CS Màng poly(vinyl alcohol) kết hợp với chitosan

PVA/CS/SO1.5 Màng PVA/CS kết hợp với 1,5% (v/v) SO

PVA/CS/SO1/BL0.5 Màng PVA/CS kết hợp với 1% (v/v) SO và 0,5% (v/v) BL PVA/CS/SO0.75/BL0.75 Màng PVA/CS kết hợp với 0,75% (v/v) SO và 0,75% (v/v)

BL PVA/CS/SO0.5/BL1 Màng PVA/CS kết hợp với 0,5% (v/v) SO và 1% (v/v) BL SEM Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét

ATR-FTIR Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại phản xạ toàn phần tắt

dần

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1

Nội dung 1 Đánh giá hoạt tính

sinh học của chiết xuất lá bần ổi và

tinh dầu trầu không

Bảng kết quả kháng khuẩn và kháng oxy hóa của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

2

Nội dung 2 Nghiên cứu phương

pháp tổng hợp màng poly(vinyl

alcohol)/chitosan kết hợp với chiết

xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu

không

Quy trình tổng hợp màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

3

Nội dung 3 Đánh giá bề mặt (sử

dụng phân tích SEM), cấu trúc

màng (sử dụng phân tích

ATR-FTIR, UV-Vis), tính chất cơ lý và

hoạt tính sinh học của màng sinh

học dựa trên poly(vinyl alcohol)

/chitosan kết hợp với chiết xuất lá

bần ổi và tinh dầu trầu không

Bảng kết quả của màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết

xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

4

Nội dung 4 Đánh giá ngoại quan

(màu sắc), và sự thay đổi khối

lượng của thịt bò được bảo vệ

bằng poly(vinyl alcohol)/chitosan

kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và

tinh dầu trầu không trong suốt quá

trình bảo quản

Kết quả về màu sắc và độ mất khối lượng của thịt được bảo vệ bằng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không trong suốt quá trình bảo

quản

STT Sản phẩm đăng ký Sản phẩm đã đạt được

1

Quy trình tổng hợp màng

poly(vinyl alcohol)/chitosan kết

hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh

dầu trầu không quy mô PTN

Quy trình tổng hợp màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

quy mô PTN

2

Bảng báo cáo kết quả các tính chất

của màng poly(vinyl alcohol)

/chitosan kết hợp với chiết xuất lá

bần ổi và tinh dầu trầu không

Bảng báo cáo kết quả các tính chất của màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu

trầu không

3

Bài báo khoa học Bài báo quốc tế đang nộp trên tạp chí

Journal of Chemical Technology and Biotechnology (ISI, Q2)

Thời gian đăng ký: từ tháng 12/2021 tháng 05/2022

Thời gian nộp báo cáo:

MỞ ĐẦU

Thịt là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống của con người, là một trong những nguồn protein giá trị cung cấp cho cơ thể chúng ta các amino acid cần thiết như chất bổ sung từ ngũ cốc và các protein thực vật khác Tuy nhiên, sự phát triển của vi sinh vật làm ảnh hưởng đến chất lượng thịt và gián tiếp làm ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Bao bì bằng polyme có thể bảo vệ thực phẩm khỏi sự tấn công của vi sinh vật và có các đặc tính như tính dẻo, độ bền, độ cứng và rào cản chống oxy và độ

ẩm Hầu hết các vật liệu đóng gói thịt đều dựa trên các polyme hóa dầu vì dễ sử dụng, bảo quản tốt, giá thành và chi phí vận chuyển thấp Điều đáng chú ý là những màng polyme này không thể phân hủy và gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường Để giải quyết vấn đề này, các loại vật liệu bao gói hoạt tính và có khả năng phân hủy sinh học đang nhận được sự quan tâm ngày càng lớn Việc kết hợp các polyme tự nhiên và tổng hợp đang là xu hướng mới để cải thiện tính chất của màng và giảm chi phí sản xuất đáng kể Poly(vinyl alcohol) (PVA) là polyme tổng hợp nhưng lại được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bao bì dựa trên khả năng phân hủy sinh học, khả năng tạo màng tốt,

ổn định hóa học, độ truyền qua cao, có tính cản khí, không độc hại và có tính chất cơ lý tuyệt vời Khả năng chống thấm khí, chịu dầu mỡ và dung môi của PVA tốt nhưng do tính thấm nước lớn, dễ hấp thu hơi ẩm nên độ ổn định kém Chitosan (CS) - một amino sinh học có nguồn gốc tự nhiên với khả năng tạo màng tốt, không độc hại, đặc tính chống thấm tốt và có khả năng phân hủy đã được ứng dụng nhiều trong vật liệu đóng gói ngành công nghiệp thực phẩm Việc kết hợp PVA và CS có thể tạo thành vật liệu giá rẻ, có khả năng phân hủy sinh học, không độc hại và mang ưu điểm của hai thành phần Bên cạnh đó, các chiết xuất, tinh dầu thường được kết hợp vào màng để kéo dài thời gian sử dụng, cải thiện chất lượng sản phẩm và bổ sung đặc tính kháng khuẩn, chống nấm, Trong đề tài “Nghiên cứu tổng hợp màng poly(vinyl alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không, định hướng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm”, chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không có hoạt tính kháng khuẩn được kết hợp với poly(vinyl alcohol) và chitosan, hứa hẹn tạo ra vật liệu bao gói có hoạt tính sinh học và phân hủy sinh học, giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về PVA

1.1.1 Nguồn gốc và cấu trúc PVA

Poly vinyl alcohol (PVA) được tổng hợp đầu tiên ở Đức năm 1925, được đưa ra thị trường ở Mỹ năm 1939 bởi công ty Du Pont Sự kết hợp các thuộc tính chỉ có ở PVA khiến chúng trở thành một trong những loại nhựa tan trong nước đa dạng nhất sẵn có cho công nghiệp

Hình 1.1 Cấu trúc PVA

PVA là một polymer tổng hợp mạch thẳng hoặc bán tinh thể dạng hạt hoặc dạng bột màu trắng kem hoặc trắng, không vị, không mùi, không độc hại, tương thích sinh học [1,2] Nó sở hữu các đặc tính quang học đáng kinh ngạc, độ bền điện môi lớn và khả năng lưu trữ điện tích tốt [1] Các tính chất cơ học, quang học và điện các thuộc tính có thể dễ dàng được điều chỉnh bằng cách pha tạp với bộ lọc nano

Polymer này không thể tổng hợp trực tiếp từ monomer vì vinyl alcohol không bền và không thể phân lập Vì vậy, nó được tạo ra từ quá trình thủy phân polyvinyl axetat Cũng giống như dẫn xuất xenlulozo được đặc trưng bởi mức độ thuỷ phân (mức

độ thế, DS) và khối lượng phân tử (độ trùng hợp, DP) khác nhau, một loạt các hợp chất PVA có thành phần khác nhau có thể được tổng hợp nhờ thay đổi DS và DP của vật liệu polyvinyl axetat ban đầu Ngoài các ứng dụng về khả năng tan trong nước, PVA được

sử dụng như một hợp chất trung gian với khối lượng đáng kể Các dẫn xuất quan trọng nhất của PVA là polyvinyl butyral (được sử dụng như là vật liệu giữa các lớp thủy tinh bảo vệ) là một axetal được tạo ra từ phản ứng của butyraldehyt với PVA [3]

Tùy vào mức độ thủy phân và khối lượng phân tử mà có thể tổng hợp được một loạt các hợp chất PVA có thành phần khác nhau Dựa vào mức độ thủy phân, PVA chia làm 2 loại: thủy phân một phần và thủy phân hoàn toàn Tất cả các PVA đều có nhiều tính chất thông dụng để polymer có giá trị cho nhiều ngành công nghiệp, các tính chất quan trọng nhất là khả năng tan trong nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, khả năng kết dính và hoạt động như một tác nhân phân tán ổn định [4]

1.1.2 Tính chất của PVA

1.1.2.1 Tính tan

Khả năng tan của PVA trong nước tùy thuộc vào độ thủy phân, độ trùng hợp, nhiệt độ và phương pháp xử lý nhiệt Quá trình hòa tan PVA bắt đầu bằng sự trương giống như các polymer khác [2,5]

Phụ thuộc vào độ thủy phân và nhiệt độ: PVA với độ thủy phân trên 95% không tan trong nước lạnh mà chỉ tan trong nước nóng (65-70oC) dung dịch đạt nồng độ tối đa 10-12% Độ thủy phân 80% chỉ tan trong nước có nhiệt độ 10-40oC, trên 40oC dung dịch trở nên mờ và PVA kết tủa sau đó

Phụ thuộc vào độ trùng hợp (khối lượng phân tử): khả năng hòa tan trong nước cũng là một hàm của khối lượng phân tử, khối lượng phân tử thấp thì độ tan càng tăng

Phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý nhiệt: khi xử lý nhiệt PVA, nhiệt độ xử lý tăng sẽ làm tăng độ tinh thể hóa và giảm độ hòa tan trong nước

Độ nhớt của PVA tăng theo thời gian lưu trữ Nồng độ dung dịch càng lớn, sự gia tăng độ nhớt theo thời gian càng mạnh Mặt khác, dung dịch PVA với độ thủy phân cao và khối lượng phân tử lớn cũng làm tăng độ nhớt Sự tăng độ nhớt này phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ thấp độ nhớt tăng PVA thủy phân hoàn toàn có độ nhớt bền Các muối hữu cơ, ure hoặc các ancol béo được thêm vào dung dịch PVA thủy phân hoàn toàn đóng vai trò như chất ổn định độ nhớt [5]

1.1.2.2 Khả năng tạo màng

PVA thường được hòa tan trong nước trước khi sử dụng nên khả năng tạo màng của chúng rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng Màng và lớp phủ PVA không cần chu kỳ đóng rắn, sự tạo màng dễ dàng xảy ra bằng cách cho nước bay hơi khỏi dung

dịch So với các loại nhựa, độ bền kéo của PVA cao và độ bền kéo thay đổi theo một số yếu tố như phần trăm thủy phân, độ trùng hợp, hàm lượng chất hóa dẻo hóa và độ ẩm

Sử dụng các chất hóa dẻo như glyxerin vào PVA làm giảm độ bền kéo nhưng lại tăng

độ dãn dài của màng Độ dãn dài có thể tăng từ 10% đến 600% khi thêm chất hóa dẻo [2,6,7]

1.1.2.3 Tính chất keo dán

Một trong các thuộc tính quan trọng của PVA là keo dán hay độ bền kết dính Điều này có thể là do khả năng dễ tạo màng của nó và thu được độ bền kéo cao hơn Như vậy, PVA có thể là một trong những loại nhựa giá trị nhất để sản xuất keo dán và cùng với nhũ tương polyvinyl axetat tạo nên ngành công nghiệp keo dán nhựa tổng hợp Tương tự với các thuộc tính keo dán của PVA là các tính chất kết dính của nó Trong các ứng dụng keo dán, PVA được sử dụng để liên kết hoặc cán mỏng hai bề mặt, trong các ứng dụng để làm chất kết dính, nó được dung để liên kết một số loại hạt, sợi hay các vật liệu khác

1.1.2.4 Khả năng chống thấm khí

Một trong những thuộc tính đặc biệt nhất của PVA là khả năng chống thấm khí của nó Màng PVA hầu như không thấm tất cả các loại khí, trừ hơi ẩm và NH3 Các nghiên cứu đối với màng PVA thủy phân hoàn toàn, loại độ nhớt thấp ở 25oC, độ ẩm tương đối 0% không thể hiện sự truyền khí oxy và nito Dưới các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí cacbonic chỉ là 0.02 g/m2 trong 1 giờ Độ thấm khí cao có giá trị đối với vật liệu có hương thơm được bao gói như xà phòng và các lớp phủ bảo vệ

1.1.2.5 Ưu và nhược điểm của PVA

Ưu điểm: PVA là loại polymer nhiệt dẻo, dễ tạo màng, độ bền kéo khá tốt, độ cứng, độ bền lực kém [8];là một trong số ít polymer có khả năng tự phân hủy sinh học thực sự trong môi trường đất tạo thành nước và CO2.

Trong phân tử PVA có liên kết đơn C-C nên rất dễ phân hủy, là nguyên liệu tan tốt trong nước, có tính tương hợp sinh học cao, không độc và khi đã được khâu mạng, màng mỏng từ chúng có những tính chất cơ học tuyệt vời như: có tính năng cơ - lý tốt,

có độ thấm nước và khí oxy cao

Nhược điểm: PVA không thể tổng hợp trực tiếp từ monomer vì vinyl alcohol không bền và không thể phân lập Vì vậy, nó được tạo ra từ quá trình thủy phân polyvinyl acetate Do PVA có tính thấm nước lớn, dễ hấp thu hơi ẩm nên độ ổn định kích thước kém [9].Nhiều nhóm hydroxyl trong mạch phân tử làm cho PVA nhạy với các phân tử nước, điều này đã giới hạn nhiều tính chất của PVA, giới hạn ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực

1.1.3 Ứng dụng PVA

PVA đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y tế, thực phẩm và đóng gói

do tính tương hợp sinh học rất tốt, đặc tính tạo hạt và tạo màng tốt [10]

PVA có nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành công nghiệp thực phẩm như làm chất kết dính và lớp phủ Màng phủ đặc biệt trong các ứng dụng các sản phẩm cần có tính chất bảo vệ/chống ẩm Loại thực phẩm và mức độ sử dụng PVA có thể được sử dụng trong bảo quản thực phẩm có độ ẩm cao để giữ được hương vị, kết cấu và chất lượng chung của thực phẩm

Tính trơ sinh học và tính tương thích là các đặc tính khác của PVA có ý nghĩa trong các lĩnh vực y tế tiên tiến, chạy thận nhân tạo và các thiết bị y tế cấy ghép Vật liệu dựa trên PVA được sử dụng trong lĩnh vực dược phẩm và y sinh làm chất vận chuyển thuốc và cũng được ứng dụng trong khoa học kỹ thuật mô

Ngoài ra, PVA còn được sử dụng làm màng ngăn ẩm cho viên bổ sung thực phẩm

và cho thực phẩm có tạp chất hoặc thực phẩm khô có tạp chất cần được bảo vệ khỏi sự hút ẩm [13]

1.2 Tổng quan về Chitosan

1.2.1 Cấu trúc

Chitosan (CS) có cấu trúc như cellulose và chitin, sự khác biệt duy nhất là ở nhóm chức vị trí C2 Tại đó cellulose và chitin gắn nhóm chức hydroxyl và amino tương ứng với CS, ngoài ra còn gắn thêm nhóm amino CS là một đoạn mạch polysaccharide thẳng bao gồm N-acetyl-2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose (đơn vị acetyl hóa) và 2-amino-2- deoxy-D-glucopyranose (đơn vị tách acetyl), phần tái lặp các đơn vị được nối

bởi những liên kết β-(1-4)-glycosidic Nhờ vào khối lượng phân tử và tỉ trọng của chuỗi mạch polyme CS có thể được 2 loại là CS tỉ trọng thấp và CS tỉ trọng cao [11]

Hình 1.2 Cấu trúc của Chitosan 1.2.2 Tính chất của Chitosan

1.2.2.1 Tính tan

CS thường tan trong một số chất hữu cơ và còn tan trong những dung dịch acid

vô cơ có pH < 6,0 Thông thường, các axit có thể hoàn tan CS là formic acid, acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid,… Từ 0,02 - 100,00 % formic acid lỏng được xem như là dung môi tốt nhất để hòa tan CS Nhưng loại dung môi thường được sử dụng nhất là 1% acetic acid tại pH 4,0 Cần chú ý ở đây là ở nhiệt độ cao acetic acid có thể gây ra depolyme hóa CS CS thường không tan trong phosphoric acid và sulphuric acid nhưng khi nâng chậm nhiệt độ đến 95 - 210 °C CS phân tử nhỏ có thể bị hòa tan CS

có thể tạo thành muối hòa tan trong nước như pyruvate, malate, acetate,… Hệ muối này

có thể được trung hòa bởi các formic acid, hydrochloric acid,… Ngoài ra, CS không tan trong nước và các dung dịch có tính bazo Bởi vì nhóm -NH2 ở điều kiện thường không

bị proton hóa nhưng tại pH thấp, do có lực đẩy tĩnh điện nên nhóm -NH2 proton hóa được vì thế CS tan được và đáp ứng khả năng hòa tan của polyme Thêm nữa, CS cũng không tan trong dung môi hữu cơ không phân cực như dimethylformamide và dimethylsulphoxide, nhưng tan trong các polyol acid hóa Tính tan của CS cơ bản dựa trên độ deacetyl hóa, phương pháp tổng hợp, thời gian, nhiệt độ, độ tinh khiết và phân

tử lượng [11]

1.2.2.2 Độ deacetyl hóa

Độ deacetyl hóa là một tính chất đặc biệt quan trọng tác động đáng kể tới tính chất của CS Nhiều nghiên cứu và các phương pháp tổng hợp CS cho thấy hầu hết các

tính chất vật lí và tính chất hóa học đều bị ảnh hưởng bởi độ deacetyl hóa Nó thường cho thấy nhiệt độ và thời gian có thể thay đổi sự đặc trưng của mẫu CS dẫn đến sự thay đổi tính hóa - lí và đặc tính sinh học Việc có độ dương điện cao trên mạch dẫn đến độ deacetyl hóa cao khoảng 97,5 % được xem trọng khả năng kháng khuẩn hơn CS mà có

độ deacetyl hóa trung bình và thấp khoảng 83,7 % Thực ra, độ deacetyl là tỉ lệ của glucosamine và N-acetylated glucosamine Về mặt thương mại, độ deacetyl phù hợp nên vào khoảng 75 – 98 % cho mục đích y tế và được sản xuất bởi các công ty công nghiệp dược phẩm Vì vậy độ deacetyl càng cao thì độ tinh khiết cũng càng cao [11]

đó, độ nhớt, khả năng nén, tính chảy, ảnh hưởng bởi sự hấp thụ nước và gây ra sự giảm một chút độ trương Tuy nhiên, khoảng 6 % nước có thể làm tăng khả năng liên kết lại với nhau do những liên kết hydro yếu tương tác CS được lưu trữ trong thời gian dài có thể làm tăng độ ẩm trong CS nhưng làm giảm khả năng liên kết với nước, do đó tăng khoảng thời gian để giảm cấp CS Từ đó, ta có phương pháp làm giảm cấp CS bằng phương pháp thủy phân [11]

1.2.2.4 pH của dung dịch

Độ pH của dung dịch loãng CS có pH nhỏ hơn 6,0 Vì vậy bản thân CS được biết đến là bazo mạnh bởi sự hiện diện của nhóm -NH2 khắp mạch có pKa là 6,3, nên pH của dung dịch có thể thay đổi tính chất và tích điện trên CS Tại pH thấp, nhóm -NH2

bị proton hóa và mang điện tích dương khiến nó trở thành cationic polyelectrolyte và tan trong nước Ngoài ra, CS có thể tạo liên kết với muối bậc bốn bởi nitrogen tại pH thấp Tại pH cao, nhóm amino bị mất -H nên CS không tan được pKa của CS dựa vào

độ deacetyl và phương pháp tổng hợp ra nó Hơn thế CS có khả năng đông đặc để tạo thành gel với anioic hydrocolloid vì tính acid của nó nên được ứng dụng trong việc vận chuyển thuốc có chủ đích [11]

1.2.2.5 Phản ứng hóa học

CS là một mạch thẳng biopolyme có nhóm chức -NH2 và -OH là trung tâm của các loại phản ứng trên mạch Với mức độ của các nhóm chức, đặc biệt, nhóm amino proton hóa mang đến nhiều loại phản ứng cho CS Nhiều và nhiều nhóm -NH2 có khả năng phản ứng trên mạch CS nên CS có khả năng liên kết với ion kim loại và cũng tạo thành chelate cùng sự vận chuyển các ion kim loại Khả năng chelate hóa của CS đem đến khả năng làm sạch nước và không khí Ngoài ra, CS còn phản ứng với aldehyde và ketone tại nhiệt độ phòng Thêm nữa, những nhóm amino đạm và không đạm chứa glucan cũng thu được nhờ phản ứng CS với ketoacid Ngoài ra việc tác động CS bằng những aldehyde đơn giản, hydro hóa xảy ra khi hình thành N-alkyl CS Vì thế việc cản trở hình thành nhóm bulky làm tăng độ bền của liên kết hydro của CS, nó kéo theo sự tăng sức căng thay cho khả năng kị nước vì thế được sử dụng để tạo màng Điện tích dương cao của CS ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phản ứng, khả năng tan, hấp phụ của

CS có thể được kết hợp với các hợp chất khác để tăng cường hoạt động kháng khuẩn của nó Sự kết hợp của CS hoặc các dẫn xuất của nó với tinh dầu hoặc dung dịch pha loãng của các axit hữu cơ như acetic acid, sorbic, propionic, lactic và glutamic acid thay thế cho việc sử dụng thuốc diệt nấm tổng hợp như thiabendazole [15]

CS có thể kháng lại bốn loại vi khuẩn (Escherichia coli, Staphylococcus aureus,

Pseudomonas aeruginosa, và Sarcina) và năm loại nấm gây bệnh cây trồng (Phomopsis asparagi, Fusarium oxysporum, Aiternaria solani, Vasinfectum, và Colletotrichum gloeosporioides) và nhiều hơn thế nữa [16]

1.2.3.2 Tính kháng oxy hóa

Khả năng kháng oxy hóa của CS phụ thuộc vào độ deacetyl hóa của chúng, khi

so sánh cùng loại CS với độ deacetyl hóa khác nhau là 90 %, 75 % và 50 % đã chỉ ra rằng CS với nồng độ deacetyl hóa 90 % có khả năng kháng oxy hóa tốt nhất Kết quả trên cũng khẳng định rằng khả năng kháng oxy hóa của CS do tác dụng của nitrogen nằm ở vị trí C2 của CS [17]

1.2.3.3 Khả năng phân hủy sinh học

Hai loại phân tử sinh học, hydrocolloids và lipid, thường được sử dụng kết hợp

để tổng hợp các màng bao bì hoặc vật liệu tổng hợp phân hủy sinh học CS thuộc nhóm hydrocolloids

Khả năng phân hủy sinh học của vật liệu hay bao bì phụ thuộc vào những yếu tố bên ngoài hoặc bên trong có thể ảnh hưởng đến cấu trúc, nhằm gây ra quá trình giảm cấp và có thể phân hủy chúng Các yếu tố thường được nhắc đến trong khả năng phân hủy sinh học là bản chất vật liệu, số lượng vi khuẩn hiện diện trong môi trường và độ

ẩm tương đối của môi trường Khả năng phân hủy của màng thực phẩm trên nền CS là

từ 90 đến 150 ngày [18]

1.2.4 Ứng dụng

• Trong nông nghiệp

Với nguồn CS tự nhiên dồi dào, thêm tính phân hủy sinh học và không gây độc hại với môi trường khiến nó trở nên phù hợp cho những ứng dụng sinh học Vì nó có thể sử dụng mà không cần phải quan tâm đến việc loại bỏ, gây hại đến người sử dụng nếu ăn phải nó, không gây ô nhiễm môi trường Các ứng dụng quan trọng trong nông nghiệp là phủ lá, phủ hạt giống, phân bón và thời gian giải phóng thuốc hoặc phân bón Việc sử dụng CS trong những lĩnh vực đó làm tăng sản lượng mùa vụ bằng cách cải thiện khả năng nảy mầm, ra rễ, phát triển lá, năng suất hạt và cũng giữ độ ẩm cho đất làm giảm bệnh CS có tác dụng ngăn chặn virus và cũng tạo phản xạ của thực vật đối với sự xâm nhập của virus Độ nhiễm virus có thể thay đổi theo phân tử lượng của CS Ngoài ra, CS có thể ngăn chặn sự tồn tại của nhiều loại vi khuẩn và một số loại nấm gây hại cho các loại cây trồng khác nhau

• Trong xử lí nước thải và nước bị ô nhiễm

CS là một nguyên liệu từ tự nhiên thích hợp để sử dụng làm chất hút kim loại nặng và độc hại như đồng, chì, thủy ngân và urani CS cũng có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm, lượng nhỏ phenol và polychlorinated biphenyl tìm thấy trong nước thải công nghiệp Đối với các ứng dụng cụ thể trên, CS có nhiều hiệu quả hơn so với các loại polyme khác như nhựa tổng hợp, than hoạt tính, và thậm chí là chitin Ngoài ra, nhóm amin trong CS là một nhóm chức tạo ra các dẫn xuất khác là chất hấp phụ hiệu quả Một nghiên cứu chỉ ra rằng CS cũng có thể sử dụng để phân hủy protein trong khẩu phần ăn

và những hóa chất tích điện âm trong nước thải Hơn nữa, CS được biết đến có đặc tính kháng vi khuẩn gram âm hiệu quả hơn so với vi khuẩn gram dương Do đó, những đặc tính độc đáo và mới lạ này đã khiến nó trở thành một chất hiệu quả cho việc xử lí nước

để sử dụng cho con người [17]

• Trong ngành công nghiệp thực phẩm

Đặc tính kháng khuẩn của CS là một đặc tính rất quan trọng để xác định tính phù hợp của CS đối với các ứng dụng bảo quản và đóng gói thực phẩm Tính chất này của

CS và các dẫn xuất đã được sử dụng làm chất bảo quản thực phẩm làm giảm sự hư hỏng của các hạt thức ăn do vi sinh vật gây ra [25] Rau, cá, trái cây, ngũ cốc và các loại thực phẩm khác có thể phủ nhiều lớp của màng sinh học CS hoạt động như một lớp bảo vệ

để bảo đảm tính nguyên vẹn dinh dưỡng của thực phẩm Hơn nữa, màng CS có khả năng bảo vệ thực phẩm đóng gói khỏi bức xạ UV, ngăn ngừa sự thối rữa do quá trình oxy hóa và sự phát triển của mầm bệnh, duy trì các tính năng xử lý và tính toàn vẹn cơ học của các sản phẩm được đóng gói [26]

1.3 Các nghiên cứu dựa trên màng PVA/CS trong nước và trên thế giới

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

Nhóm tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy [19] nghiên cứu chế tạo màng sợi nano chitosan/poly (vinyl alcohol) để hấp phụ các ion kim loại nặng Cu2+ và Pb2+ trong nước,

mở ra tiềm năng lớn trong ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp Bên cạnh đó, hỗn hợp chứa 1,15 % chitosan và 0,39 % poly (vinyl alcohol) đã được đưa ra thị trường có khả

năng kháng được các chủng nấm Penicillium sp., Aspergillus niger, Rhizopus delemar,

Colletotrichum sp gây hư hỏng cho cam sau khi thu hoạch [20] Ngoài ra chưa có

nghiên cứu khác kết hợp cả hai thành phần poly (vinyl alcohol) và chitosan cho ứng dụng cụ thể Tuy nhiên, tính đến nay đã có các nghiên cứu ứng dụng bảo quản nông sản riêng trên từng thanh phần poly (vinyl alcohol) và chitosan Năm 2017, kỹ sư Nguyễn Quốc Trạng [21] đã sử dụng màng sinh học poly (vinyl alcohol) nồng độ 3 % bảo quản trái cây ứng dụng trên cam sành ở tỉnh Hậu Giang Qua nghiên cứu, có thể bảo quản cam sành lên đến hơn 20 ngày Tác giả Đỗ Thị Thu Thuỷ [22] đã nghiên cứu ứng dụng phủ màng chitosan lên chanh bằng phương pháp nhúng, khảo sát ảnh hưởng của các nổng độ chitosan đến hao hụt khối lượng, độ cứng, sự biến đổi màu sắc của vỏ chanh, hàm lượng tổng axit hữu cơ của chanh trong quá trình bảo quản Bên cạnh đó nhóm nghiên cứu của Nguyễn Đức Tuân [23] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến chất lượng và thời gian bảo quản bưởi Đoan Hùng Quả bưởi được nhúng vào dung dịch chitosan với nồng độ từ 1 – 2,5 %, sau đó bảo quản trong thùng carton đục lỗ ở nhiệt độ phòng (khoảng 20 ℃), kết quả thu được tốt nhất là ở dung dịch chitosan nồng

độ 1,5 %, bảo quản trong 90 ngày vẫn cho chất lượng tốt Qua tìm hiểu tài liệu trong nước, nhận thấy tác dụng của từng màng riêng biệt trong bảo quản nông sản là khá tốt, nhưng với mong muốn tạo ra một vật liệu hoạt tính có các tính chất bền cơ học, có thể kháng khuẩn và ngăn ngừa tia UV tác động lên thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản, vì vậy nhóm tác giả đề xuất kết hợp cả 2 thành phần poly (vinyl alcohol) và chitosan cùng với các hợp chất từ tự nhiên ứng dụng vào bảo quản thực phẩm

Năm 2016, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh Hiền cùng các đồng nghiệp

đã nghiên cứu tổng hợp màng composite phân hủy sinh học từ poly(vinyl alcohol) (PVA) và microfibrillated cellulose (MFC) được tách từ những thực vật nhiều chất xơ như: đay, bông, tre, xơ dừa,…Kết quả cho thấy mẫu PVA/MFC tỷ lệ 70/30 có mặt chất tạo liên kết ngang glyoxal đạt kết quả khả quan Hàm lượng MFC trong mẫu có ảnh hưởng đến khả năng phân hủy nên sử dụng màng có chứa hàm lượng MFC cao sẽ thân thiện với môi trường hơn [31] Năm 2009, tác giả Lê Phương Hà nghiên cứu cải biến

CS tăng cường hoạt tính kháng khuẩn để bảo quản thịt bằng cách phun trực tiếp dung dịch chế phẩm lên thịt và bảo quản ở nhiệt độ phòng 20 – 25 °C và 5 °C Khi bảo quản thịt bằng CS cải biến gắn glucose và glucosamine cho kết quả tốt hơn CS Thịt có thể bảo quản được 36 giờ ở nhiệt độ 25 °C so với đối chứng là 12 giờ và 8 ngày ở 5 °C so với đối chứng là 3 - 4 ngày [32] Năm 2014, tác giả Nguyễn Thị Thanh Nga đã nghiên cứu sử dụng chế phẩm nanochitosan kết hợp tinh dầu nghệ trong quá trình bảo quản quả cam bằng cách phun, nhúng trực tiếp và kết hợp giữa phun và nhúng Kết quả cho thấy khi sử dụng chế phẩm nanochitosan – tinh dầu nghệ phun nhiều lần lên cam giúp kéo dài thời gian bảo quản, giảm tỷ lệ nhăn vỏ quả và làm chậm quá trình thay đổi chất lượng quả tốt hơn các phương pháp còn lại sau 43 ngày bảo quản [33]

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước

Năm 2013, nhà khoa học J Bonilla cùng các đồng nghiệp đã nghiên cứu các đặc tính vật lí, cấu trúc và khả năng kháng khuẩn của màng phân hủy sinh học PVA/CS theo các tỷ lệ PVA và CS khác nhau Kết quả cho thấy sự pha trộn của CS vào PVA tạo ra các màng có cấu trúc đồng nhất do khả năng tương thích cao giữa hai vật liệu Đồng thời, sự kết hợp làm giảm độ truyền ánh sáng UV của các màng có lợi cho việc sử dụng màng PVA/CS trong bao bì thực phẩm và cung cấp hoạt động kháng khuẩn cho màng [24] Năm 2017, Yaowen Liu cùng các đồng nghiệp đã nghiên cứu sử dụng màng PVA/CS với hàm lượng CS khác nhau để kéo dài thời gian bảo quản của dâu tây, giữ được độ tươi và duy trì chất lượng quả Màng làm chậm quá trình trao đổi chất và làm chậm quá trình chín của dâu tây được thể hiện qua độ mất khối lượng, duy trì được độ cứng và hàm lượng ascorbic acid của quả [25] Năm 2018, Kasai cùng các đồng nghiệp

đã kết hợp chiết xuất lá trâm nồng độ thấp vào màng PVA/CS để cải thiện các tính chất

cơ học, tăng mức độ kết tinh và nhiệt độ phân hủy do có sự hình thành liên kết hydro liên phân tử giữa ba thành phần, làm giảm tính linh động phân tử trong chuỗi polyme Đặc biệt, màng PVA/CS kết hợp chiết xuất lá trâm có khả năng kháng khuẩn tốt do sự

có mặt của các nhóm hydroxyl trong các hợp chất phenolic và các hợp chất hóa học khác nhau trong chiết xuất lá trâm [26] Năm 2020, Nwabor cùng các đồng nghiệp nghiên cứu màng PVA/CS kết hợp với hạt nano bạc sinh học từ chiết xuất lá bạch đằng ứng dụng làm vật liệu đóng gói thân thiện với môi trường và kéo dài thời gian sử dụng của xúc xích Việc bổ sung các hạt nano bạc không làm thay đổi các đặc tính của màng

mà còn làm tăng các đặc tính kháng khuẩn chống lại các vi khuẩn gây bệnh qua đường thực phẩm và kháng oxy hóa cho màng [27]

Nhận thấy việc kết hợp chiết xuất và tinh dầu vào màng vẫn chưa được nghiên cứu nhiều, vì vậy, trong nghiên cứu này, kết hợp chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu

không vào màng PVA/CS Thành công của đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng (Polyvinyl

alcohol)/chitosan kết hợp chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không” có ý nghĩa

khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao trong bảo quản thực phẩm

1.4 Tổng quan về bần ổi

- Tên khoa học: Sonneratia ovata, thuộc họ Bằng lăng (Lythraceae), chi Bần (Sonneratia L.F.)

- Tên thường gọi: Bần ổi

1.4.1 Phân loại và mô tả thực vật học

Mô tả cây bần ổi: cây gỗ cao 4 – 5 m (10 m) Vỏ bong như vỏ ổi Nhánh non có

4 cạnh Lá hình trái xoan gần tròn, tròn và gần như có hình tim ở gần gốc, chóp tròn hay có khía tai bèo, dài 4 - 8 cm; rộng 3 - 7 cm; gân bên 12 - 14 đôi, rất mảnh, nhìn rõ

ở cả 2 mặt; cuống lá dài 4 - 6 cm Cụm hoa ở ngọn, thành xim 3 hoa Nụ xoan, tròn ở 2 đầu Đài có ống, có cạnh dài men theo cuống; thùy 6, hình tam giác, dài 8 - 10 mm, rộng 6 -8 mm, có vách trong đỏ Không có cánh hoa Nhị nhiều, có chỉ nhị dài 4 - 5 cm Bầu có 13 - 15 ô, noãn nhiều Quả mọng gần hình cầu, đường kính 3 - 4 cm, cao 2 - 3

cm, các thùy của đài gắn liền với quả làm thành phao nổi trên quả rụng

Sinh thái: phân bố trong rừng ngập mặn ven biển nhưng không nhiều Dọc các

bờ sông có phù sa ngập mặn, hay nước ngọt một phần trong năm, cây mọc phổ biến hơn Ra hoa tháng 3 - 4, quả tháng 6 - 7

Phân bố: ở Biên Hòa (Đồng Nai), Tp Hồ Chí Minh, Cà Mau, dọc sông Cửu Long Còn có ở Campuchia, Thái Lan, Indonexia, New Gieni [28]

1.4.3 Thành phần hóa học

Từ lá bần ổi, 40 hợp chất đã được xác định chia thành 7 nhóm: steroid, triterpenoid, flavonoid, lignan, megastigmane, polyphenol và các nhóm hợp chất khác Các báo cáo trước cho thấy chiết xuất etanol từ lá bần ổi rất giàu các thành phần hóa học như phenolic acid, flavonoid, tannin và saponin Gần đây, điều này đã được báo cáo rằng flavonoid chứa các thành phần chủ yếu như luteolin và luteolin-7-o-β-D-glucopyranosit đã được tìm thấy trong chiết xuất ethanol từ lá cây, sở hữu hoạt tính sinh học đáng kể như khả năng kháng khuẩn và kháng nấm [29]

1.4.4 Hoạt tính sinh học

Chiết xuất lá bần ổi có hoạt tính sinh học cao như một chất kháng khuẩn [30] Các nghiên cứu cho thấy chiết xuất lá bần ổi có đặc tính kháng khuẩn vì chúng giàu nhiều chất chuyển hóa thứ cấp, chẳng hạn như tannins, terpenoids, alkaloids, và flavonoids Điều này cũng đã được thử nghiệm đối với các chất điều hòa sinh trưởng thực vật, thử nghiệm hormone tăng trưởng trên thực vật và thử nghiệm hoạt động kháng virus Cây bần được sử dụng để cầm máu, kiểm tra xuất huyết, điều trị các vết thương

và nó cũng được sử dụng làm thuốc đắp bong gân Các chiết xuất từ lá, thân, vỏ và rễ của các loài cây ngập mặn như như bần cũng đã cho thấy khả năng chống oxy hóa rất tốt [31]

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của luteolin (a) và luteolin-7-o-β-D-glucopyranosit (b)

Theo đông y: quả bần có vị chua của phó mát, tính mát, có tác dụng tiêu viêm, giảm đau Lá có vị chát, có tác dụng cầm máu Thân cây bần ổi chạy dài xuống gốc, rễ chặt ra phơi khô nấu nước uống có tác dụng trị được bệnh nhức mỏi Còn từ giữa thân trở lên với lá bần ổi nấu uống cũng có tác dụng giải nhiệt, giúp người bị bệnh phong

b

a

hàn mau hết bệnh Ở Ấn Độ, người ta dùng dịch quả lên men làm thuốc ngăn chặn chứng xuất huyết [32]

1.5 Tổng quan về trầu không

- Tên khoa học: Piper betle L thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae)

- Tên thường gọi: cây trầu, trầu cay, trầu thược tương,…

1.5.1 Phân loại và mô tả thực vật học

- Giống hồ tiêu (Piper)

- Loài Piper betle

1.5.2 Đặc điểm thực vật

Trầu không là một cây mọc leo, thân nhẵn Lá mọc so le, cuống có bẹ, dài 1,5 - 3,5 cm, phiến lá hình trái xoan, dài 10 – 13 cm, rộng 4,59 cm, phía cuống hình tim (đối với những lá phía gốc) đầu lá nhọn, khi soi lên thấy rất nhiều điểm chứa tinh dầu rất nhỏ, gân lá thường có năm gân Hoa khác gốc mọc thành bông có cuống dài bằng cuống

lá, mọc đối diện với lá, hoa đơn tính Bông đực dài bằng phiến lá, trục bông phủ lông,

lá bắc không cuống, không có lông, hình tròn hoặc hình trứng ngược Nhị hoa, bao phấn hình bầu dục, chỉ nhị ngắn Bông cái ngắn hơn, trục phủ lông [33]

Phân bố và thu hái: Cây Trầu được trồng khắp nơi ở nước ta để lấy lá, ăn trầu Chúng còn được trồng nhiều ở các nước Châu Á, vùng nhiệt đới như Indonexia, Philipine Ở Việt Nam có 2 loại trầu chính là trầu mỡ và trầu quế Trầu không được trồng bằng dây vào mùa xuân, người ta làm giàn cho cây leo lên Cây trồng không ưa

ẩm và Ca(OH)2, nên người ta thường trồng sát tường, cạnh bể nước để thuận tiện cho việc tưới và bón thêm vôi cũ Lá được hái thu hái quanh năm, dùng tươi hay phơi khô,

có khi tán bột dùng dần [33]

Hình 1.5 Lá và tinh dầu trầu không 1.5.3 Thành phần hóa học

Lá trầu không có chứa nước (85,0 - 90,0 %), protein (3,0 - 3,5 %), carbohydrate (0,5 - 6,1 %), khoáng chất (2,3 - 3,3 %), chất béo (0,4 - 1,0 %), chất xơ (2,3 %), tinh dầu (0,08 - 0,20 %), tannin (0,1 - 1,3 %), vitamin C (0,005 - 0,010 %), vitamin A (1,929 mg/100g), ngoài ra nó còn chứa các chất khác như calcium, iron, iodium Thành phần polyphenols chứa trong lá trầu không rất đa dạng như tannin, carvacrol, safrole, chatecol, trong đó lá trầu không chứa chủ yếu là hydroxylchavicol (1-allyl-3, 4-dihydroxybenzene) (69,46 %), 4-chromanol (24 %), chavicol (hay p-allylphenol), eugenol (4,86 %), …[34]

Hình 1.6 Cấu trúc các hợp chất chính có trong lá trầu không

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong lá trầu tươi [35]

Nicotinic acid 0,63 - 0,89 mg/100g Iodium 3,4 µg/100g

Vitamin A 1,9 - 2,9 mg/100g Năng lượng 4,4 kcal/100g Thiamine 10 - 70 µg/100g

1.5.4 Hoạt tính sinh học

1.5.4.1 Hoạt tính kháng khuẩn

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được tiềm năng kháng khuẩn của các chất chiết xuất từ cây trầu không Các lá là một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên tốt cho ngành công nghiệp dược phẩm và được như một nguồn chăm sóc sức khỏe để chống lại các mầm bệnh khác nhau [36] Ali và các cộng sự của mình đã nghiên cứu ra rằng các hợp chất dễ bay hơi như propenylphenol, allylpyrocatechol diacetate, chavibetol, chavibetol acetate, chavicol, và hydroxychavicol được xác định từ dịch chiết lá trầu được chiết xuất chloroform có một tác dụng diệt nấm [37] Tinh dầu lá trầu không có thể kháng

một số vi khuẩn gram âm (Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Salmonella

enterididis, Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa,…) và một số vi khuẩn

gram dương (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Bacillus cereus,

Bacillus subtilis, Listeria monocytogenes,…) trong các loại dung môi như ethanol,

methanol, acetone, và ethyl acetate [43, 44] Vì vậy trầu không được ứng dụng trong y học, trong bảo quản thực phẩm, hoạt động chống ký sinh trùng và một số ứng dụng quan trọng khác [39]

1.5.4.2 Hoạt tính kháng oxy hóa

Quá trình oxy hóa là quá trình do các gốc tự do gây ra, và đó là một trong những nguyên nhân làm hư hỏng thực phẩm, giảm thời hạn sử dụng, thay đổi các đặc tính vật

lý, sinh hóa, dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm Các gốc tự do là các ion, nguyên

tử hoặc phân tử có các điện tử chưa ghép đôi khiến chúng có phản ứng cao và do đó không ổn định Những gốc tự do này có thể từ các nguyên tố như oxygen, nitrogen và sulfur tạo ra các loại oxy phản ứng, các loại nitrogen phản ứng và các loại sulfur phản ứng Gốc tự do có nhiều cơ chế hóa học khác nhau như cho điện tử, khử gốc tự do, nhận điện tử, oxy hóa gốc, phản ứng cộng, tự hủy Các cơ chế này bị phá vỡ bởi các chất chống oxy hóa không có enzyme, trong khi các enzyme chống oxy hóa (ví dụ như catalase) phá hủy các gốc tự do bằng nhiều cách khác nhau như chuyển hóa, trung hòa, phá vỡ chất xúc tác có sự tham gia xúc tác như đồng, kẽm, magie, Khi các cơ chế này

bị phá vỡ hoặc các gốc tự do bị phá hủy, thời gian sử dụng của các sản phẩm thực phẩm

sẽ được kéo dài [40]

Hoạt tính kháng oxy hóa được cho là do hàm lượng phenol và flavonoid của lá trầu Hàm lượng càng cao thì càng có nhiều hoạt tính kháng oxy hóa và bắt gốc tự do càng tốt [36] Một số thành phần của lá và tinh dầu của trầu không như vitamin C, vitamin A, vitamin E, terpenes, phenol và các dẫn xuất của trầu không được xem là các thành phần hoạt tính góp phần vào đặc tính chống oxy hóa Một số nhà nghiên cứu đã chứng minh khả năng chống oxy hóa của tinh dầu lá trầu không có thể kéo dài thời gian

sử dụng của một số sản phẩm thực phẩm như tương cà chua, nước ép táo, bơ sữa và một

số sản phẩm khác Ngoài ra, sản xuất một số sản phẩm mới có thể được sử dụng như thực phẩm bổ sung và dược phẩm để điều trị ung thư [41]

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị sử dụng

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất

Lá bẩn ổi được thu hái tại Khu dự trữ sinh quyển Cần Giờ vào tháng 3 Lá được chọn là những lá già, màu đậm, dày không bị sâu

Tinh dầu trầu không được mua từ trường đại học Cần Thơ Tinh dầu trầu không được chưng cất bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước, có màu vàng nhạt và có mùi trầu rất nồng Tinh dầu trầu không được phân tích chọn lọc để xác định thành phần các chất

có trong mẫu bằng phương pháp GC-MS với thiết bị GC Agilent 6890 N với áp lực của cột đầu là 9,3 psi, tốc độ dòng không đổi ở mức 1 mL/phút, nhiệt độ đầu phun là 250

°C Tinh dầu trầu không được phân tích GC-MS tại Viện Khoa học vật liệu, quận 12,

Hồ Chí Minh

Các chủng khuẩn: Staphylococcus aureus (S aureus) NRRL B-313 và

Pseudomonas aeruginosa (P aeruginosa) NRRL B-14781, được mua tại viện Sinh học

Nhiệt đới - VAST

b Hóa chất

Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng

3 Ethanol ≥ 99,5 % VN Chemsol, Việt Nam

9 Thuốc thử

2.1.2 Thiết bị sử dụng

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ thí nghiệm

2.2 Thực nghiệm

2.2.1 Phương pháp xác định thành phần hóa học của tinh dầu

Thành phần hóa học trong tinh dầu trầu không được xác định bằng phương pháp GC-MS Thành phần tinh dầu trầu không được xác định bằng thiết bị GC Agilent 6890

N với áp lực của cột đầu là 9,3 psi, tốc độ dòng không đổi ở mức 1 mL/min, nhiệt độ đầu phun là 250 oC Thành phần tinh dầu trầu không được phân tích GC-MS ở viện Khoa học vật liệu (1A Thạnh Lộc 29, phường Thạnh Lộc, quận 12, TPHCM)

2.2.2 Phương pháp trích ly và đánh giá chiết xuất lá bần ổi

Chiết xuất lá bần ổi được thực hiện theo phương pháp đã được báo cáo trong nghiên cứu trước [42] Bần ổi sau khi thu mua được rửa sạch, cắt nhỏ và phơi khô, lá bần được nghiền mịn thành dạng bột Bột được chiết 2 lần bằng dung môi ethanol (99,9

%) trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng Dịch chiết sau đó được lọc qua giấy lọc, cô cạn bằng máy cô quay chân không ở 40 oC để tạo thành chiết xuất lá bần ổi

• Xác định độ mất khối lượng của dược liệu do làm khô

Sấy chén sứ ở nhiệt độ 105 oC cho đến khi cân khối lượng 3 lần liên tiếp không đổi Để nguội trong bình hút ẩm trong 15 phút Cân chính xác khoảng 1 g mẫu dược liệu vào chén sứ, trải đều mẫu ở đáy chén sứ và sấy ở nhiệt độ 105 oC, áp suất thường, trong 4 giờ Để nguội trong bình hút ẩm 15 phút, cân và ghi nhận khối lượng Tiếp tục sấy mẫu ở 105 oC, áp suất thường trong 1 giờ, để vào bình hút ẩm đến nguội và cân lại khối lượng sau khi sấy Lặp lại nhiều lần cho đến khi cân 3 lần liên tiếp khối lượng không đổi, độ chênh lệch không quá 5 mg Thực hiện 3 lần trên 1 mẫu, lấy giá trị trung bình từng mẫu

Công thức tính độ ẩm

A (%) = a − b

a ×100 (1) Trong đó, A: Khối lượng mất do làm khô (%)

a: Khối lượng mẫu trước khi sấy (g)

b: Khối lượng mẫu sau khi sấy (g)

• Xác định hàm lượng tro toàn phần

Chén sứ được nung cho đến khi khối lượng không đổi sau ba lần cân liên tiếp 1

g mẫu dược liệu khô được cân chính xác và cho vào chén sứ Mẫu được trải đều ở đáy chén và sấy ở nhiệt độ 105 oC trong 30 phút Dùng kẹp sắt dài đưa chén vào lò nung ở

550 oC (tránh đứng trực tiếp trước cửa lò nung) và nung cho đến khi vô cơ hóa hoàn toàn (tro không còn màu đen) Để nguội trong bình hút ẩm khoảng 30 phút Cân và ghi lại kết quả Đặt chén nung vào lò nung và tiếp tục nung ở nhiệt độ trên trong 1 giờ, để nguội trong bình hút ẩm và cân, ghi nhận kết quả Tiếp tục tiến hành lặp lại như trên cho đến khi khối lượng cân 3 lần liên tiếp không thay đổi, độ chênh lệch không quá 0,5

mg Thực hiện 3 lần trên 1 mẫu, lấy giá trị trung bình từng mẫu

Công thức tính độ tro toàn phần

𝑋 (%) = 𝑎 − 𝑏

𝑐 − (𝑐 x A)x 100 (2) Trong đó, X: Độ tro toàn phần của mẫu dược liệu (%)

a: Khối lượng chén có tro (g) b: Khối lượng chén không tro (g) c: Khối lượng dược liệu dùng (g) A: Độ ẩm mẫu dược liệu (%)

• Đánh giá chất lượng chiết xuất lá bần ổi

Các phân đoạn cao sau khi thu nhận sẽ đánh giá chất lượng thông qua đánh giá cảm quan (màu sắc, mùi), định tính và định lượng một số thành phần hóa học có trong cao chiết

Công thức tính hiệu suất chiết

H% = m × (1 − a)

M × (1 − A)x100 (3) Trong đó: m: khối lượng chiết (gam)

M: khối lượng bột khô (gam) 𝑎: độ ẩm bột (%)

𝐴: độ ẩm chiết xuất (%)

• Phương pháp đánh giá tổng hàm lượng phenolic trong chiết xuất lá bần ổi Xác định tổng hàm lượng phenolic có trong chiết xuất lá bần ổi bằng phương pháp Folin – Ciocalteu [43], các bước được tiến hành như sau:

Dựng đường chuẩn axit gallic:

+ Đường chuẩn axit gallic được thiết lập trên dãy nồng độ từ 2 µg/mL đến 50 µg/mL Từ mỗi nồng độ, hút 0,25 mL thêm 1,25 mL dung dịch Folin, vortex kỹ và để yên 5 phút, thêm 1 mL Na2CO3 7,5 %, vortex kỹ và để yên trong tối 60 phút Sau đó quét phổ hấp thụ UV-Vis từ 400-800 nm để kiểm tra bước sóng hấp thu cực đại và đo

độ hấp thu ở bước sóng 765 nm, dùng một mẫu trắng được chuẩn bị tương tự nhưng thay 0,25 mL dung dịch chuẩn bằng nước cất

+ Vẽ đường biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thu đo được ở bước sóng 765 nm và nồng độ axit gallic (µg/mL) của dãy chuẩn Phương trình tuyến tính có dạng y = ax + b; trong đó: y là độ hấp thu ở bước sóng 765 nm, a là độ dốc của đường chuẩn; x là nồng độ axit gallic (µg/mL); và b là hệ số chắn của đường chuẩn

Chuẩn bị và đo mẫu thử: Cân chính xác 1 mg chiết xuất lá bần ổi, thêm 1 mL ethanol 99,96 % và pha loãng theo các dãy nồng độ phù hợp Lấy 250 µL dung dịch chiết xuất pha với 1250 µL dung dịch Folin Sau 5 phút, thêm 1000 µL dung dịch

Na2CO3 7,5 % Sau 60 phút, quét phổ hấp thụ UV-Vis từ 400-800 nm để kiểm tra bước sóng hấp thu cực đại Đo độ hấp thu ở bước sóng 765 nm, dùng một mẫu trắng được chuẩn bị tương tự nhưng thay 250 µL dung dịch chiết xuất bằng nước cất

Tính toán và biểu diễn kết quả: Tổng hàm lượng phenolic (TPC: Total Phenolic Content) được tính dựa trên đường chuẩn axit gallic, theo công thức sau:

TPC (mgGAE/g) =OD − b

V

W (4)

Trong đó: OD là độ hấp thụ quang của mẫu thử ở bước sóng 765 nm

V là thể tích của dịch chiết (mL)

W là khối lượng chiết xuất có trong thể tích V (g)

a và b là độ dốc và hệ số chắn của đường chuẩn tương ứng

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của axit gallic

2.2.3 Đánh giá hoạt tính sinh học của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không 2.2.3.1 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

Khả năng kháng khuẩn của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không được thực hiện dựa trên phương pháp đục lỗ thạch của Murat Kaya và các đồng nghiệp [44] Các

chủng vi sinh vật thử nghiệm (Staphylococcus aureus, Salmonella typhi) được mua tại Viện Sinh học Nhiệt đới - VAST, dung dịch kháng sinh Ampicillin nồng độ 0,1 mg/mL,

môi trường thạch thường, đĩa petri khử trùng, cồn, nước muối 1 % (w/v), các dụng cụ tráng đĩa, đục lỗ

Quy trình thực hiện: 100 µL dung dịch huyền phù vi khuẩn thử nghiệm được nhỏ

vào đĩa môi trường và trải đều trên mặt thạch cho đến khi khô bằng que thủy tinh vô trùng Dùng khoan nút chai vô trùng đường kính 6 mm đục lỗ thạch trên đĩa 70 µL chiết xuất lá bần ổi hoặc 70 µL tinh dầu trầu không được cho vào lỗ đã được đánh dấu

Đĩa được ủ 37 ℃ trong vòng 24 giờ, sau đó được kiểm tra kết quả, nếu mẫu thử có hoạt tính thì sẽ có vòng kháng khuẩn, chụp hình và đo đường kính kháng khuẩn Tất cả mẫu được thực hiện ít nhất 3 lần để lấy giá trị trung bình và sai số

2.2.3.2 Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

Phương pháp đánh giá khả năng kháng oxy hoá của chiết xuất lá bần ổi, tinh dầu trầu không và màng tạo thành dựa trên phương pháp của Murat Kaya và các đồng nghiệp [35] Phương pháp này sử dụng máy đo quang phổ UV-Vis Aligent CARY 60 để xác định khả năng bắt gốc tự do của 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) đối với chiết xuất lá bần ổi, tinh dầu trầu không và màng phối trộn với chiết xuất và tinh dầu Trong

đó, dung dịch DPPH 0.3 mM được đánh siêu âm trong 30 phút, kết hợp với các dung dịch đã chuẩn bị sẵn với nồng độ 1000 μg/mL pha loãng xuống 2x (x = 1, 2,…, 8) lần thành 1 dãy nồng độ và tiến hành đo độ hấp thu quang (OD) ở bước sóng 517 nm Khả năng kháng oxy hoá (Oxidation Resistance – OR) được xác định theo công thức:

OR = ODc− ODt

ODc × 100 (5) Trong đó: ODc là độ hấp thụ của mẫu đối chứng âm (chất khử DPPH)

ODt là độ hấp thụ của mẫu chứa chất thử DPPH Phương pháp đánh giá khả năng kháng oxy hoá của dung dịch trước khi đổ màng được tiến hành tương tự nhưng pha dãy nồng độ theo khối lượng chất rắn trong dung dịch, trong đó dung môi pha mẫu được sử dụng là nước Xác định giá trị IC50 để đánh giá khả năng kháng oxy hoá DPPH của mẫu thử

2.2.4 Quy trình tổng hợp màng poly vinyl (alcohol)/chitosan kết hợp với chiết xuất

lá bần ổi và tinh dầu trầu không

Dung dịch PVA (5 %, w/v) được hòa tan vào trong 100 mL nước cất dưới điều kiện khuấy từ ở tốc độ 500 vòng/phút trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng Chitosan (1 %, w/v) được hòa tan trong 100 mL dung dịch axit axetic 1 % (v/v) với tốc độ khuấy từ

500 vòng/phút cho đến khi tan hoàn toàn Tiếp đến, glycerol được thêm vào như chất hóa dẻo ở nồng độ 0,5 % (v/v) so với thể tích dung dịch và dung dịch hỗn hợp được

khuấy trong 1 giờ Sau đó, chiết xuất được thêm vào dung dịch polymer ở các nồng độ 1; 0,75 và 0,5 % (v/v dung dịch màng) và được khuấy trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng Các dung dịch chứa polymer và chiết xuất sau khi đồng nhất thì được đem đi ly tâm 5 phút để loại bỏ cặn và bọt khí Tinh dầu được thêm vào dung dịch polymer ở các nồng

độ 0,5; 0,75 và 1 % (v/v dung dịch màng) và 0,25 % Tween 80 được khuấy trong 30 phút ở nhiệt độ phòng Màng được đổ trong đĩa petri và được sấy khô ở 40 oC trong 72 giờ Sau khi sấy khô, màng được tách khỏi khuôn và bảo quản ở 25 oC

2.2.5 Khảo sát tính chất của màng

Xác định hình thái bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét SEM: được thực hiện trên thiết bị Hitachi S-4800 (Nhật Bản) tại Viện Hàn Lâm Khoa học vật liệu, số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

Xác định cấu trúc phân tử của mẫu, sự có mặt của các nhóm chức, liên kết trong phân tử bằng phương pháp đo phổ hồng ngoại phản xạ toàn phần tắt dần (ATR-FTIR): được thực hiện trên máy FT/IR-6600typeA với số sóng 4000-750 cm-1 tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM

Xác định độ truyền qua của mẫu bằng phổ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis): các mẫu được thực hiện trên máy UV-1800 Series, bước sóng 200-800 nm tại Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng (IAMS), số 01A đường TL29, Phường Thạnh Lộc, Quận 12, TP.HCM

Xác định màu Hunter Lab: được thực hiện trên máy Konica Minolta CR-400 tại trường Đại học Nguyễn Tất Thành, số 331 QL1A, An Phú Đông, Quận 12, TP.HCM

Xác định các giá trị độ bền kéo, độ dãn dài lúc đứt: được thực hiện trên máy Universal Testing Machine –YMH 4202 của hãng Yangyi-Đài Loan trường Đại học Khoa học Tự nhiên

2.2.6 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của màng

Khả năng kháng khuẩn của màng được xác định bằng phương pháp phương pháp khuếch tán đĩa thạch theo tác giả Bektas Tepe và cộng sự [45] với một số biến tính nhỏ:

100 µl dung dịch huyền phù vi khuẩn được cho vào đĩa môi trường và trải đều mặt thạch cho đến khi khô bằng que thủy tinh vô trùng Màng được cắt với kích thước 1x1 cm và

được đặt lên trên bề mặt thạch, ủ ở 37 oC trong 24 giờ, sau đó được mang ra kiểm tra kết quả Tất cả mẫu được thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình và sai số

2.3 Phương pháp bảo quản thịt bò

Thịt bò sau khi mua về được, rửa sạch với nước lạnh, để ráo nước, và loại bỏ

mỡ Các mẫu thịt được cắt thành từng lát và sau đó được bao gói bằng máy hàn nhiệt

và ghi lại trọng lượng ban đầu, sau đó các mẫu được bảo quản trong tủ lạnh ở 4 ℃ Ba mẫu được chọn ngẫu nhiên từ các nhóm và xác định độ mất nước, sự thay đổi màu sắc mỗi 2 ngày

Phương pháp kiểm tra chất lượng của thịt bò:

+ Màu sắc Lab: được đo trực tiếp trên bề mặt thịt bò bằng máy đo màu sắc Lab Minolta cầm tay Model CR-400 (Nhật Bản)

+ Độ mất nước: Các mẫu được đo bằng cân điện tử Ohaus (Thái Lan) và được tính theo công thức sau:

∆𝑚 =𝑚0− 𝑚𝑖

𝑚0 × 100 (6)

Với m0 là khối lượng ban đầu, mi là khối lượng thực phẩm ngày thứ i (i = 2, 4, 6,…)

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN

3.1 Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của chiết xuất lá bần ổi và tinh dầu trầu không

3.1.1 Thành phần của tinh dầu trầu không

Hình 3.1 và bảng 3.1 cho thấy thành phần các chất có trong tinh dầu trầu không Trong thành phần các chất chứa trong tinh dầu trầu không chủ yếu là các chất thuộc nhóm polyphenol Trong đó chất chiếm hàm lượng lớn nhất là phenol, 2-methoxy-4-(2-propenyl), acetate (17,511 %), kế đến là eugenol (14,209 %) Điều này cho thấy trong thành phần tinh dầu chủ yếu là dẫn xuất của phenol Kết quả tương tự cũng được tìm thấy bởi Nguyễn Thiện Chí và cộng sự trong nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học

và hoạt tính kháng vi sinh vật của tinh dầu lá trầu không [46]

Hình 3.1 Phổ GC-MS của tinh dầu trầu không

Bảng 3.1 Thành phần các chất trong tinh dầu trầu không

7 26,847 3,004 Phenol, 4-(2-propenyl)-, acetate

8 27,088 0,422 Phenol, 4-(2-propenyl)-, acetate